Expanded Beam Optical vereinfacht die Glasfasernutzung Die Zukunft – nicht nur für Rechenzentren – ist gesteckt

Cloud Computing, Big Data und IoT tragen dazu bei, dass immer mehr Daten übertragen werden müssen. IT-Anwendungen in Büro- und Industriegebäuden brauchen immer höhere Bandbreiten. Die könnten einfach mit Lichtwellenleitern erreicht werden. Doch das komplizierte Handling ließ viele User bislang zögern. Ein neuartiges Steckprinzip senkt diese Einstiegshürde.

Eine der Konsequenzen der Digitalisierung ist immer gleich: Die Datenmengen wachsen, und damit auch die Anforderungen an Bandbreite in den Datennetzen. So stößt das Kupferkabel langsam an seine Grenzen. Das gilt nicht nur beim heimischen DSL-Anschluss – inzwischen rückt auch die Deutsche Telekom hier vom Kupfer ab und will demnächst nur noch Glasfaser verbauen.

In Rechenzentren findet der Lichtwellenleiter (LWL) bereits verbreitet Anwendung. Gebäudeverkabelung, Vernetzungen in Krankenhäusern und Arztpraxen, die Infrastruktur von Forschungseinrichtungen wird ebenfalls zunehmend mittels Glasfaser realisiert. Mit 5G hält der LWL sogar am Antennenmast und im Backbone der industriellen Produktion Einzug.

Bandbreite versus Durchmesser

An vielen Arbeitsplätzen steht noch die Aufrüstung auf schnelles Gigabit Ethernet mit bis zu 10 Gigabit pro Sekunde (GB/s) an. Diese können zwar noch mit hochwertigen Kupferkabeln realisiert werden. Doch spätestens auf der nächsten Netzwerk-Ebene, wenn die Daten von zahlreichen Usern zusammenkommen, wird es eng.

Einfach die Zahl der Kupferkabel zu erhöhen, ist nur bedingt möglich. Zum einen sind Kabelführungen nur begrenzt aufnahmefähig, zum anderen können elektromagnetische Wechselwirkungen zwischen den Kupferkabeln die Datenübertragung stören, wenn zu viele Kabel zu eng beieinanderliegen. Diese Effekte können sogar genutzt werden, um die Datenübertragung auf dem Kupferkabel unbemerkt abzuhören.

Die dünnen Glasfasern bieten ein Vielfaches der Bandbreite von Kupferkabeln bei wesentlich geringeren Kabelquerschnitten. So sind übliche Übertragungsraten von 40 bis 100 GB/s kein Problem. Gleichzeitig können wesentlich längere Strecken ohne Zwischenverstärker überbrückt werden. Und die Datensicherheit ist ebenfalls besser, da es keine Abstrahleffekte gibt. Bei manchen Anwendungen spielen auch das geringere Gewicht oder die Möglichkeit zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen eine Rolle, da Glasfaserkabel keine elektrische Energie transportieren, und damit weder Funkenflug noch Erdungsprobleme ins Gewicht fallen.

Komplexe Steckvorgänge

Angesichts dieser unbestreitbaren Vorteile der Glasfaser wäre ein Einsatz auf breiter Front zu erwarten. Doch das Handling der LWL bremste bislang die Verbreitung dieser leistungsfähigen Netzwerktechnik aus.

Nicht nur bei der Installation sind Know-how und Präzision gefordert. Auch jeder einzelne Steckvorgang ist bislang begleitet von einer zeitaufwändigen Inspektion und Reinigung. Werden die entsprechenden Vorgaben nicht beachtet, können Übertragungsprobleme, Instabilitäten oder gar eine Beschädigung des Verbindungssystems auftreten. Somit drohen eine kostspielige Fehlersuche und Instandsetzung.

Die Ursache liegt in der empfindlichen Technik begründet. Schon kleinste Partikel, wie Staubkörnchen oder Pollen, die in den Steckverbinder eindringen, können den Lichtstrahl soweit hemmen, dass die Datenübertragung leidet oder unmöglich wird.

Eine fehlerfreie, zuverlässige Installation ist deshalb nur mit ausgebildetem Fachpersonal möglich. Angesichts der steigenden Anforderungen an Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Netzzugangs stellte dies einen ernstzunehmenden Nachteil dar.

Einfacheres Handling

Von 3MTM kommt nun das „Expanded Beam Optical Interconnect“ (EBO)-Steckkonzept, das einen entscheidenden Fortschritt bietet. Die Expanded Beam Connection (EBC) weitet beim Übergang von einer Faser auf die andere den Lichtstrahl zunächst auf und fokussiert ihn dann wieder. Die Störung durch Partikel wird minimiert, da Pollen oder ein eingedrungenes Schmutzkorn nur einen kleinen Teil der vergrößerten Lichtfläche blockieren. Der Lichtstrahl wird so nicht mehr vollständig blockiert, sondern lediglich geringfügig schwächer. Damit bleibt die Fähigkeit zur Datenübertragung vollständig erhalten.

Bei den entscheidenden Qualitätskriterien eines LWL-Stecksystems zeigt das neue Konzept ebenfalls seine Stärken. Auf der einen Seite verursacht es eine signifikant niedrigere Einfügedämpfung IL (Insertion Loss), auf der anderen Seite zeigt es eine hohe Rückflussdämpfung RL (Return Loss).

Flexible Stecktechnik

Die neugestaltete Optik ermöglicht es, das Steckkonzept sowohl für Singlemode- wie für Multimode-LWL einzusetzen. Bei Singlemode-Anwendungen beträgt nach Angaben des Herstellers die Einfügedämpfung weniger als 0,70 Dezibel (dB), die Rückflussdämpfung liegt bei über 55 dB. Diese Werte bleiben auch über mehrere hundert Steckzyklen erhalten.

In der Standardausführung nimmt die Ferrule 12 Singlemode- oder Multimode-Fasern auf. Jedoch ist das System skalierbar und ermöglicht, bis zu 192 Fasern zu verbinden.

Rosenberger OSI ist bereits frühzeitig eine enge Kooperation mit 3MTM bezüglich dieser neuen Technologie eingegangen und führt die entsprechenden Basis-Steckverbinder des Herstellers, entwickelt aber auch eigene Stecksysteme in Zusammenarbeit mit seinen Kunden. Es gibt noch viele Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen, die mit diesem Steckkonzept realisiert werden können, ist man sich bei Rosenberger OSI sicher.

Effizienz in Produktion und Einsatz

Das Steckkonzept zielt darauf ab, dass das Handling einfacher wird und trotzdem höchste Zuverlässigkeit der Netzverbindungen gewährleistet ist. Schon beim Steckverbinder zeigt sich, dass Effizienz im Fokus der Entwicklung stand.

Statt Keramik kommt eine Ferrule aus hochpräzisem Kunststoff-Spritzguss mit Nuten zum Einsatz, Bohrungen entfallen. Innerhalb des Spritzguss-Teils findet sich die Spiegelreflex-Kollimationslinse, die den Strahl aufweitet und auch wieder fokussiert.

Die Fasern können in die Spritzguss-Ferrule automatisiert positioniert und eingeklebt werden. Auch ohne den Einsatz von Führungsstiften sind diese so fixiert, dass eine Abweichung der Faserausrichtung praktisch nicht stattfinden kann. Es entfällt zudem das aufwändige Polieren der Faser-Enden, und auch eine Beschädigung der Fasern durch gegenseitige Berührung ist ausgeschlossen.

Zugleich reduziert sich mit diesem Steckkonzept der Aufwand, der bislang bei jedem Steckvorgang entstanden ist. Und nicht zuletzt werden dadurch auch die Anforderungen an das Personal reduziert, das die Verkabelung vornimmt – ohne dass dadurch die Betriebssicherheit der LWL-Vernetzung Schaden nimmt.

Für zahlreiche Anwendungen geeignet

Derzeit sind etwa aufwändige Backplane-Verkabelungen im Fokus der Applikationen. Aber auch die Zunahme von IoT-Anwendungen mit entsprechend leistungsfähigen Netzwerken, beispielsweise bei der Gebäudeverkabelung, ist ein Treiber für den Einsatz der EBO-Technik. Weitere Anwendungen zeichnen sich bereits ab, denn gerade in rauen Umgebungen zeigt die neue Technologie ihre Stärken.

Gegenüber anderen Steckverbinder-Konzepten ist sie unempfindlicher gegen Staub und auch gegenüber Erschütterungen. So eignet sie sich beispielsweise besonders für den Einsatz von 5G und Edge Computing in der industriellen Produktion. Nur mittels Glasfaser sind die hohen Bandbreiten und niedrigen Latenzen im Backbone zu realisieren, die für Industrie 4.0 auf Dauer benötigt werden.

Die 5G-Netze selbst sind ebenfalls zu nennen, hier wird FTTA (Fiber to the Antenna) benötigt. Unempfindliche Netze mit immer höheren Bandbreiten sind darüber hinaus im mobilen Einsatz gefragt, etwa bei Bahnen und Flugzeugen, wo im Betrieb erhebliche Erschütterungen auftreten. Geeignete Stecksysteme für solche Applikationen entwickelt Rosenberger OSI gemeinsam mit den Kunden nach deren individuellen Anforderungen.

Fazit

Den Vorteilen, neben der Bandbreite sind das beispielsweise der geringere Durchmesser und die Überbrückung größerer Distanzen, stand bislang das komplizierte Handling bei Steckprozessen von Lichtleitern entgegen. Nicht nur das aufwändige Handling, das viel Zeit in Anspruch nimmt, wirkte hier als Bremser. Sondern auch das dafür benötigte Know-how, das den Kreis des Fachpersonals einschränkte, das mit solchen Aufgaben betraut werden kann.

Genau hier setzt die einfacher zu verwendende Expanded Beam Optical-Technik an. Schnellere Steckvorgänge und weniger Einschränkungen bei der Auswahl des geeigneten Personals schlagen sich in geringeren Kosten und kürzeren Projektlaufzeiten nieder.

Über den Autor

Harry Jacob arbeitet als freier Journalist und wohnt in Augsburg.

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